UPTEC W 18002
Examensarbete 30 hp Augusti 2018
Framtagning av en ljudanalysmetod för bedömning av ljudkvalitet
i urbana utomhusmiljöer
Developing of a sound analysis method for assessment of acoustic quality
Simon Heitmann
REFERAT
Framtagning av en ljudanalysmetod för bedömning av ljudkvalitet i ur- bana utomhusmiljöer
- Simon Heitmann
Buller är en av de miljöföroreningar som har störst negativ påverkan på männi- skors hälsa. Några av dessa effekter är sömnstörningar, stress och i vissa fall kan det leda till hjärt- och kärlsjukdomar. Problematiken kring detta växer med en ökande befolkningsmängd och urbanisering runt om i världen. Denna studie undersöker möj- ligheterna till att utveckla en ny ljudanalysmetodik för hållbara stadsmiljöer.
Idag utförs trafikbullerutredningar som en del i miljökonsekvensbeskrivningar. Dessa analyser innehåller i huvudsak en ljudnivåberäkning från de primära bullerkällorna och dessa kopplas till gällande riktvärden för A-vägda ljudnivåer vid uteplatser och fasader. Forskning kring urbana ljudmiljöer visar att endast ljudnivåerna från buller- källor inte är tillräckligt för att avgöra ljudkvaliteten. Bullrets relativa inblandning i ljudmiljön, dess frekvensområde och tidsvariation samt platsens syfte och användning är faktorer som dels är kopplade till hur pass väl bullret maskeras, och dels hur pass störande ljudet faktiskt upplevs. Alla dessa faktorer behöver vägas in för att på bästa sätt kunna bedöma ljudkvaliteten.
Strategin som användes i denna studie bestod dels av en litteraturstudie där till- gänglig forskning kring urbana ljudmiljöer analyserades och dels i en fallstudie där tre olika typfall av urbana miljöer modellerades i det akustiska modelleringsprogram- met Olive Tree Lab. De tre fallen utgjordes av teoretiska platser, ett öppet gaturum, ett stängt gaturum samt ett gaturum med torg på ena sida. Utformningen av des- sa valdes utifrån att det är några av de vanligast förekommande urbana miljöerna där höga ljudnivåer uppstår. Utifrån litteraturstudien togs en beskrivningsmall för ljudmiljöer som utgör den nya ljudanalysmetoden fram som sedan applicerades på fallstudien för analys och utvärdering. Mallens tyngdpunkt låg på att undersöka så- väl goda som negativa ljud och att koppla det till den platsen som analysen avser.
Resultaten visade på att användning av mallen leder till en bredare och mer detalje- rad beskrivning av ljudmiljön som möjliggör flera olika typer av lösningar än de som föreslås idag.
Nyckelord: ljud, akustik, buller, ljudkvalitet, akustisk design, stadsplanering, miljö- konsekvensbeskrivning
Institutionen för geovetenskaper, Uppsala universitet (UU) Villavägen 16, 752 36, Uppsala, Sverige
ABSTRACT
Development of a sound analysis method for assessment of acoustic qua- lity
- Simon Heitmann
Noise is one of the environmental pollutions that has the largest negative effect on human health. Some of these effects are stress, sleeping issues and in some cases it can cause cardiovascular diseases. The problem about this is growing as a result from an increasing population and an increasing urbanization. This study investigates the possibilities to develop a new sound analysis method for urban environments.
Today traffic noise investigations are performed as a part of environmental impact as- sessments. These analyses comprise most of sound level calculations from the primary noise sources, which are then connected to the existing benchmarks for A-weighted sound levels at patios and facades. Research around urban sound environments shows that only taking the sound levels exceeded from the primary noise sources in con- sideration is an insufficient method for estimating the sound quality. The relative involvment of the noise, the range of frequencies and the variation in time as well, as the purpose and use of the area, are factors which are all connected to how well the noise is masked, as well as how disturbing the noise is actually percieved as. All these factors have to be taken into consideration in order to assess the sound quality in the best posssible way.
The method used in this study consisted of two main parts; one literature study, where available research around urban sound environments was analysed; and one case study where three different cases of urban environments were analyzed in the acoustic modeling program Olive Tree Lab. The three cases consisted of theoretical locations, one open street canyon, one closed and one street canyon with a square on one side. Based on the literature study a description template for sound environ- ments was developed and applied to the cases from the case study for analysis and evaluation. The main focus of the template was to investigate both positive and ne- gative sounds and relate them to the site of which the sound analysis is intended for.
The results showed that use of the template resulted in a broader and more detailed description of the sound environment, which enabled different kinds of solutions that are not commonly used today.
Keywords: sound, acoustics, noise, acoustic quality, acoustic design, urban planning, environmental impact assessment
Department of Earth Sciences, Uppsala University (UU) Villavägen 16, SE 752 36, Uppsala, Sweden
FÖRORD
Det här examensarbetet motsvarar 30 hp och är utfört som en del av Civilingenjörs- programmet i miljö- och vattenteknik vid Uppsala universitet och Sveriges lantbruks- universitet. Handledare var Gunilla Sundin, akustiker på Norconsult. Ämnesgranska- re var Monica Mårtensson, universitetsadjunkt vid Institutionen för geovetenskaper, Luft-, vatten- och landskapslära, Uppsala universitet. Examinator för examensarbe- tet var Björn Claremar, vik. universitetslektor vid Institutionen för geovetenskaper, Luft-, vatten- och landskapslära, Uppsala universitet.
Jag vill framförallt tacka min ämnesgranskare Monica Mårtensson och min handleda- re Gunilla Sundin för all återkoppling och hjälp jag har fått under examensarbetets gång.
Tack till Norconsult som låtit mig arbeta med detta examensarbete och bidragit med arbetsplats och utrustning.
Jag vill även tacka Johan Portström och Petra Sandberg för stöd och goda råd under arbetets gång.
Tack till Mediterranean Acoustics Research & Development som bidragit med licens till modelleringsprogrammet Olive Tree Lab.
Simon Heitmann Uppsala, juni 2018
Copyright c Simon Heitmann och institutionen för geovetenskaper, Luft- vatten- och landskapslära, Uppsala universitet. UPTECW 18002, ISSN 1401-5765
Publicerad digitalt vid Institutionen för geovetenskaper, Uppsala universitet, Uppsa- la, 2018.
POPULÄRVETENSKAPLIG SAMMANFATTNING
Buller påverkar människor i hela världen och utmaningen med att hantera detta är stor. I takt med att befolkningen ökar och fler flyttar till städerna ökar också svårigheterna med att på bästa sätt utforma städerna på ett sätt som skapar en ljudmiljö som vi trivs i. I denna studie undersöktes vilka faktorer som påverkar hur vi uppfattar ljudmiljön på olika platser.
Resultaten visade att införande av ett nytt synsätt på ljud, i form av en beskrivningsmall där både positiva och negativa ljud tas med i analysen, skulle leda till en bredare och mer korrekt analys av ljudkvaliteten.
Buller är ett stort problem i hela världen då det leder till ökad stress och sömn- svårigheter. Dessa problem ökar i takt med att befolkningen ökar och att fler flyttar till städerna vilket leder till att fler människor vistas på mindre ytor. Detta i sin tur leder till en tätare bebyggelse och högre ljudnivåer som en följd av mer trafik och mer stängda stadsrum där ljudet stannar kvar. Dessa förändringar ökar utmaningen med att utforma stadsmiljöer på ett sätt som gynnar en god vistelsemiljö. I denna studie undersöktes hur sättet vi ser på och analyserar ljud idag kan utvecklas för att på ett bättre sätt kunna beskriva ljudmiljön.
Idag ingår arbetet med att skapa en god ljudmiljö i Sveriges nationella miljöarbete.
Det miljömål som innefattar detta är God bebyggd miljö där det uttrycks att ljudmil- jön ska medföra så få negativa konsekvenser på hälsan som möjligt. För att uppnå detta har riktvärden för hur höga ljudnivåerna får vara införts. För utomhusmiljöer innefattar dessa vilka ljudnivåer som får förekomma vid husfasader och uteplatser samt även vissa vistelseytor som skolgårdar. Forskare har riktat kritik mot att des- sa typer av riktvärden inte är tillräckliga eller tillräckligt effektiva för att bedöma ljudkvalitet. En analys av fler ljudkällor än de som som undersöks idag som redan befintliga ljud samt ett större fokus på ljudens karaktär, hur det varierar skulle skapa fler möjligheter att skapa en bättre ljudmiljö, menar forskarna.
Metoden som användes i studien var dels en analys av tillgänglig forskning och dels en modelleringsstudie där forskningsteorierna applicerades. Denna forskning innefattade vad människor upplever som störande och mindre störande ljud i olika miljöer, hur olika ljudmiljöer kan skapas och förändras genom olika metoder samt hur modelle- ringar och beräkningar av ljudmiljöer kan utvecklas. Forskningen visar på att större hänsyn till andra ljudkällor samt ljudens karaktär skulle leda till att bättre lämpade lösningar skulle kunna föreslås. Detta eftersom samspelet mellan olika ljud påverkar hur pass stor inverkan exempelvis en bilväg har på ljudmiljön. Att undersöka hur detta samspel påverkar och kan påverkas samt ta hänsyn till vad platsen är avsedd för skulle leda till en bättre helhetsbild av ljudmiljön.
Den andra delen av metoden bestod av en fallstudie där ljudet från en väg vid tre olika utomhusmiljöer modellerades för att visa hur olika stadsmiljöer påverkar ljudutbred-
ningen. Dessa tre fall bestod av ett öppet respektive stängt gaturum samt ett stängt gaturum med ett torg vid den ena sidan av vägen. Ljudnivåerna från en genomgående bilväg modellerades och ljudets vägar samt ljudets dominerande frekvenser analyse- rades. Forskningen från litteraturstudien sammanställdes och applicerades på dessa tre fall för att analysera hur de framkomna teorierna och metoderna kunde appliceras i praktiken.
Utvärderingen av hur väl de nya teorierna och metoderna applicerades på de tre fallen resulterade i en beskrivningsmall. Beskrivningsmallen bestod av ett antal frå- gor som, utifrån den forskning som presenterats, bör besvaras då ljudkvalitet på en plats ska bedömas. Dessa frågor utgick i huvudsak från vilka ljudnivåer och fre- kvenser som återfanns, vilken karaktär de olika ljuden hade samt platsens syfte och utformning. Detta för att på ett effektivt sätt, både ur ett ekonomiskt, socialt och hälsomässigt perspektiv, kunna åtgärda eller forma omgivningen och därmed skapa en så god ljudmiljö som möjligt. Den resulterande beskrivningsmallen ger, utifrån den teoretisk applicering som utförts i denna studie, en bredare analys av ljudmiljön men den behöver även valideras mot verkliga fall. Även en standardiserad metodik kring hur mallen ska implementeras i verkligheten behöver tas fram för att den ska kunna användas.
ORDLISTA
Akustisk design Ett hjälpmedel för att begränsa oönska- de ljud och förstärka positiva ljud, både i planerings- och driftsfasen.
Akustisk impedans Hur mycket rörelse en ljudvåg skapar på ett material. Är det en stor skillnad mel- lan två medium reflekteras en stor andel av ljudet.
A-vägda ljudnivåer Ljudnivåer där frekvenser viktas olika ba- serat på det mänskliga örat.
Diffraktion Fenomenet då ljudvågorna böjs av då de träffar ett hinder.
Efterklangstid Den tid det tar för ljudet att sjunka 60 dB efter att ljudkällan stängts av.
Interferens Då flera ljudvågor påverkar varandra, an- tingen förstärkande eller försvagande.
Ljudkvalitet En bedömning av ljudmiljön. God ljud- kvalitet innebär att inverkan av önskvär- da ljud överväger ljud från buller.
Ljudtransmissionsförluster Energiförluster då ljudet färdas i ett me- dium. I denna rapport innefattar detta endast friktion för motsvarande stillastå- ende luft.
Okulärbesiktning Platsbesök för att bedöma platsens ljud- landskap och arkitektur.
Refraktion Ljudets vertikala riktningsförändring på grund av atmosfärens temperaturprofil.
Innehåll
1 INLEDNING 1
1.1 SYFTE . . . . 2
1.2 MÅL . . . . 2
1.3 FRÅGESTÄLLNINGAR . . . . 2
1.4 AVGRÄNSNINGAR . . . . 2
1.5 STRATEGI FÖR ATT UPPNÅ MÅLET . . . . 3
2 LJUD I SAMHÄLLET 3 2.1 BULLER . . . . 3
2.1.1 Hälsoeffekter . . . . 3
2.1.2 Riktvärden . . . . 4
2.1.3 Ljudklasser . . . . 6
2.1.4 Samhällsakustiska beräkningar . . . . 6
2.2 JURIDIK VID ANLÄGGNING . . . . 7
2.2.1 Detaljplan . . . . 7
2.2.2 Miljökonsekvensbeskrivning . . . . 7
2.2.3 Kritik mot hälsans roll i MKB:er . . . . 8
2.3 LJUDKVALITET . . . . 8
2.3.1 Åtgärdsprogram för omgivningsbuller . . . . 9
2.3.2 Åtgärdsmetoder . . . . 9
2.3.3 Maskering . . . . 10
2.3.4 Akustisk design . . . . 12
3 LJUDETS EGENSKAPER 14 3.1 LJUDETS HASTIGHET . . . . 15
3.2 LJUDTRYCKSNIVÅ . . . . 16
3.2.1 Olika beskrivningar av ljudtryck . . . . 17
3.3 LJUDFREKVENS OCH TONALITET . . . . 17
3.3.1 Det mänskliga örat . . . . 17
3.3.2 Vägningsmått . . . . 18
3.4 LJUDETS SPRIDNING . . . . 19
3.4.1 Ljudkällan . . . . 19
3.4.2 Ljudfält . . . . 20
3.4.3 Absorption . . . . 20
3.4.4 Impedans . . . . 21
3.4.5 Diffusion . . . . 22
3.4.6 Diffraktion . . . . 22
3.4.7 Efterklang . . . . 22
3.4.8 Interferens . . . . 22
3.4.9 Resonans . . . . 23
3.4.10 Luftljud och stomljud . . . . 23
3.5 METEOROLOGISKA EFFEKTER PÅ LJUD . . . . 24
3.5.1 Refraktion . . . . 24
3.5.2 Markimpedans . . . . 24
4 TIDIGARE STUDIER 25
4.1 STUDIER KRING AKUSTISK DESIGN . . . . 25
4.1.1 Modellering av shoppinglandskapet . . . . 25
4.1.2 Ljud och andra rum . . . . 27
4.1.3 Akustiska designartifakter och metoder för urbana ljudlandskap . . . . 28
4.2 STUDIER KRING UPPLEVELSEN AV OLIKA LJUDMILJÖER . . . . 29
4.2.1 Ljudlandskapskvalitet i urbana miljöer . . . . 29
4.2.2 Psykofysik och ljudlandskap . . . . 29
4.2.3 Bullerstörningar och rekreation i olika innergårdsmiljöer . . . . 30
4.2.4 Störningar från lågfrekvent buller . . . . 31
4.3 MODELLERINGSSTUDIER KRING URBANA LJUDMILJÖER . . . . 31
4.3.1 Strålgångs- och vågbaserade beräkningsmetoder . . . . 32
4.3.2 Numeriska modelleringar av ljudutbredning till stängda innergårdar . . . . . 33
5 METOD 33 5.1 LITTERATURSTUDIE . . . . 34
5.1.1 Källtyper . . . . 34
5.2 FALLSTUDIE . . . . 34
5.2.1 Olive Tree Lab . . . . 35
5.3 INDATA OLIVE TREE LAB . . . . 36
6 RESULTAT 39 6.1 FALLSTUDIE . . . . 39
6.1.1 Fallstudie 1: Gaturum med en öppen sida (ursprunglig utformning av området) 39 6.1.2 Fallstudie 2: Stängt gaturum . . . . 42
6.1.3 Fallstudie 3: Stängt gaturum med inneslutet torg med öppning mot vägen . . 46
6.2 RESULTERANDE BESKRIVNINGSMALL . . . . 49
6.2.1 Framtagande av beskrivningsmall . . . . 49
6.2.2 Beskrivningsmall . . . . 49
6.2.3 Tolkning och implementering av beskrivningsmallen . . . . 51
6.2.4 Implementering av beskrivningsmallen på fallstudien . . . . 52
7 DISKUSSION 57 7.1 MODELLERINGSRESULTATEN . . . . 58
7.1.1 Fall 1 . . . . 58
7.1.2 Fall 2 . . . . 58
7.1.3 Fall 3 . . . . 59
7.1.4 Osäkerheter i modellen . . . . 59
7.2 DISKUSSION OM UTFORMNINGEN AV BESKRIVNINGSMALLEN . . . . 59
7.3 FÖRSLAG TILL FORTSATTA STUDIER . . . . 62
8 SLUTSATSER 64 REFERENSER 65 BILAGOR 70 BILAGA A: UTDRAG UR TIDIGARE MKB:ER . . . . 70
BILAGA A1: MKB Arenastaden, Järva och Råsunda, Solna stad . . . . 70
BILAGA A2: MKB kv. Kapplöpningen mm. Ulriksdal, Solna stad . . . . 71
BILAGA B: INSTÄLLNINGAR I OLIVE TREE LAB . . . . 72
1 INLEDNING
Buller är ett stort miljöproblem i världen och världshälsoorganisationen WHO upp- skattar att buller från trafik är den miljöaspekt som har näst störst negativ påverkan på människors hälsa efter luftföroreningar från små partiklar (European Environment Agency, u.å.). Buller definieras som oönskat ljud och vid för höga nivåer eller lång exponering kan det leda till hälsomässiga besvär såsom stress, sömnbrist och förhöjt blodtryck (ibid.). I Sverige har regeringen tagit fram en förordning (2015:216) med stöd av miljöbalken med bestämmelser om trafikbuller (Boverket, 2017). Det finns också riktvärden gällande industribuller som Boverket har listat och dessa tillämpas och tolkas av den aktör som tillämpar plan- och bygglagen (Boverket, 2015b).
Arbetet med för att skapa en god ljudmiljö är en del i det övergripande miljöar- bete som utförs nationellt. Riksdagen i Sverige har infört ett miljömålssystem som innefattar ett generationsmål, 16 miljökvalitetsmål och ett tjugotal etappmål. Ge- nerationsmålet är övergripande och vägledande för miljöarbetet på alla nivåer och formuleras som: Det övergripande målet för miljöpolitiken är att till nästa generation lämna över ett samhälle där de stora miljöproblemen är lösta, utan att orsaka ökade miljö- och hälsoproblem utanför Sveriges gränser (Miljömål, 2016). Miljökvalitetsmå- len beskriver det önskvärda tillstånd som miljön ska befinna sig i och detta följs upp årligen av respektive myndighet. Det miljökvalitetsmålet som berör ljudmiljö är God bebyggd miljö som Boverket ansvarar för (Miljömål, 2017). En del i miljökvalitetsmå- let God bebyggd miljö är att Städer, tätorter och annan bebyggd miljö ska utgöra en god och hälsosam livsmiljö samt medverka till en god regional och global miljö (Na- turvårdsverket, 2017b). Detta innefattar att ljudmiljön ska medföra så få negativa hälsoeffekter som möjligt och detta benämns i projektet som en hållbar stadsmiljö med avseende på ljud.
Städerna i Sverige växer snabbt och det finns ett stort behov av ett mer utförligt tillvägagångssätt vad gäller planering av ljudmiljö. Bara under det andra halvåret 2017 ökade antalet invånare i Stockholm, Göteborg och Malmö med 20 193 (+0.9
%), 4167 (+0.7 %) respektive 2432 (+0.7 %) (SCB, 2018). Befolkningsökningen leder till en tätare bebyggelse och förhöjda ljudnivåer vilket försvårar stadsplaneringen.
Tidigare forskning visar att endast värdera ljud utifrån ljudstyrka inte är tillräckligt för att bedöma ljudkvaliteten (Berglund, Nilsson och Axelsson, 2007) utan att även ljudens karaktär och stadsrummens positiva ljudkvaliteter bör tas med i beaktning (Dyrssen m. fl., 2014).
Detta projekt syftar till att undersöka möjligheterna att utveckla en ny ljudanalys- metod för utformning av hållbara stadsmiljöer ur ett ljudtekniskt och hälsomässigt perspektiv. Detta inbegriper att undersöka mer än bara ljudnivåerna från bullerkäl- lan samt att även värdera ljudmiljön hos vistelsemiljöer som idag inte faller under några riktvärden. Tillvägagångssättet för att uppnå detta inbegrep en analys av till-
gänglig forskning inom akustisk design samt en modelleringsstudie med det akustiska modelleringsprogrammet Olive Tree Lab.
1.1 SYFTE
Syftet med projektet var att ta fram en arbetsmetod i form av en mall där även rum- sakustiska beräkningsmetoder för stadsrum och okulärbesiktning på plats används i bedömningen av utomhusmiljöer.
1.2 MÅL
Målet med studien var att den nya metoden ska tillföra en djupare och bredare analys av ljudmiljön och att denna ska falla inom ramarna för miljöbalken och plan- och bygglagen.
1.3 FRÅGESTÄLLNINGAR
Projektet syftar till att besvara följande frågeställningar:
• Finns det aspekter som kan förändra hur samhället och människor ser på och upplever buller?
• Vilka nya aspekter kan införas vid standardiserade bullerutredningar för att förbättra ljudanalyser?
• Kan motivering för införande av dessa nya aspekter leda till att den nya ljuda- nalysen utgör en del i miljökonsekvensbeskrivningar?
• Vilka skillnader i utformning av hållbara stadsmiljöer skulle en ny ljudanalys- metod medföra?
1.4 AVGRÄNSNINGAR
Följande avgränsningar gjordes för att säkerställa att endast relevant information presenteras med avseende på studiens syfte:
• Fenomen som uppstår som en följd av att ljudkällorna är rörliga är idag inte en del i beskrivningen av ljudmiljön och kommer heller inte att beaktas i denna rapport. Exempel på dessa är ljudbang och Dopplereffekt vilka inte anses ha en stor relativ effekt på ljudmiljön.
• Studien fokuserar inte på att utreda potentialen i rent ljuddämpande lösningar som bullerplank, absorberande material eller avskärmning från bullerkälla av själva huset. Detta anses redan vara en del av dagens ljudanalysmetodik och rapporter kring olika åtgärders potential bedömdes vara tillräckligt utrett. Des- sa åtgärder nämns som förslag i resultatet men effekten av dessa utreds inte i detalj.
• Validering av metoden mot verkliga fall utfördes inte. Endast validering mot teoretiska fall utfördes i studien.
1.5 STRATEGI FÖR ATT UPPNÅ MÅLET
För att kunna ta fram en ny ljudanalysmetod för utveckling av hållbara stadsmiljöer utfördes en djupgående litteraturstudie kring ljudets egenskaper, akustisk design, det vill säga hur ljudet upplevs och påverkar människor i olika miljöer och sammanhang samt utformning och implementering av detaljplaner och miljökonsekvensbeskrivning- ar. Litteraturstudien kompletterades med en fallstudie genom det akustiska modelle- ringsprogrammet Olive Tree Lab. Detta användes för att analysera olika ljudtekniska parametrar i tre olika urbana miljöer som exempel där den nya ljudanalysmetoden är tänkt att implementeras. Förhoppningen är att högre krav ska kunna ställas på modellering av ljud i stadsmiljöer eftersom fler parametrar än ljudnivån kan belysas som avgörande för ljudmiljön. .
2 LJUD I SAMHÄLLET
Detta avsnitt behandlar ljud i samhället, vilket i detta fall innefattar hur ljud påverkar människor negativt och hur samhället hanterar problematiken, samt även hur ljud kan påverka upplevelsen av miljön på ett positivt sätt. Se avsnitt 3 för förklaring av införda akustiska begrepp.
2.1 BULLER
Buller definieras som oönskat ljud. Vilket ljud som anses vara oönskat varierar mel- lan olika personer och situationer vilket gör definitionen subjektiv. Exempelvis anser en majoritet att flygbuller är mer besvärligt än vägtrafikbuller som i sin tur är mer besvärligt än buller från tågtrafik. Vad som avgör bulrets störningsgrad varierar bero- ende på en mängd faktorer såsom ljudets styrka, frekvenser, tid på dygnet, var ljudet befinner sig och i vilken situation vi befinner oss i, orsaken till ljudet samt ljudets variation. Exempelvis är vi mer känsliga för ett ljud som på ett tydligt sätt sticker ut från övriga ljud eller om ljudkällan inte har något direkt värde för oss (Attefall och Rempler, 2014).
2.1.1 Hälsoeffekter
Buller påverkar oss dels genom tillfälligt höga ljudnivåer som kan ge upphov till hörselskador, allmänstörning och sömnstörning samt tillfälligt förhöjt blodtryck och hjärtfrekvens och dels genom långvarig exponering. Flera studier pekar på att en långvarig exponering för buller ökar risken för hjärt- och kärlsjukdomar (Naturvårds- verket, 2017a). Orsaken till att buller kan ge upphov till dessa hälsoutfall är dels den direkta skada som för höga ljudnivåer orsakar på trumhinnan och dels att buller är en
stressor. Att buller är en stressor innebär att det aktiverar det autonoma nervsystemet och det hormonella systemet som i sin tur frisätter stresshormoner. Stresshormoner, som till exempel kortisol, påverkar just blodtryck och immunförsvaret vilket är orsa- ken till en ökad risk (Karolinska Institutet, 2017).
2.1.2 Riktvärden
Vid byggnation av bullergenererande infrastruktur tillhandahåller Naturvårdsverket riktvärden för ljudnivåer som påverkar boende i närliggande områden. Dessa är en del i arbetet som ska leda till att den uppsatta miljökvalitetsnormen för buller ska efterföljas. Normen formuleras av regeringen som det ska eftersträvas att omgivnings- buller inte medför skadliga effekter på människors hälsa och är uppsatt utifrån de miljökrav som följer av Sveriges medlemskap i den Europeiska unionen (Naturvårds- verket, 2017c). Samtliga riktvärden gäller alltså enbart infrastruktur och inte övriga ljudkällor såsom människor och djur.
De uppsatta riktvärdena varierar beroende på vilken typ av infrastruktur det handlar om, om den omgivande miljön eftersträvar låga ljudnivåer samt även delvis vilken typ av ljud det handlar om. De värden som nämns här är ekvivalenta ljudnivåer (medel- ljudnivå över ett dygn). Ett exempel är riktvärdena för buller från spårtrafik och vägar vid nybyggnation som är satta till 60 dBA vid husfasad och uteplats (65 dBA om bostaden är mindre än 35 m2) samt 50 dBA ekvivalent ljudnivå och 70 dBA maximal ljudnivå vid uteplats. I detta fall finns också bestämmelser utifall de satta riktvärdena skulle överskridas. Dessa säger att minst hälften av rummen ska ligga mot en sida, en så kallad tyst eller bullerdämpad sida, där den ekvivalenta ljudnivån underskrider 55 dBA samt att den maximala inte överstiger 70 dBA mellan 22:00 och 06:00. För uteplatsen gäller att den maximala ljudnivån på 70 dBA inte bör överskridas med mer än 10 dB fem gånger per timme mellan 06:00 och 22:00 (Riksdagen, 2017). För befintlig infrastruktur ligger riktvärdet för buller vid fasad och uteplats på 65 dBA dygnsekvivalent ljudnivå. Riktvärden från spår- och vägtrafik för bostäder respektive skolgårdar presenteras i tabell 1 respektive 2.
Tabell 1: Regeringens framtagna riktvärden med avseende på väg- och spårtrafik. Riks- dagen, 2017
Avsedd plats Riktvärde
Ekvivalentnivå inomhus 30 dBA
Maximalnivå inomhus nattetid 45 dBA
Ekvivalentnivå utomhus vid fasad och uteplats 60 dBA Ekvivalentnivå utomhus vid fasad (bostäder upp till 35 m2) 65 dBA Maximalnivå utomhus vid uteplats i anslutning till bostad 70 dBA
Tabell 2: Naturvårdsverkets riktvärden för skolgårdar med avseende på väg- och spår- trafik (ekvivalenta ljudnivåer för dygn). Naturvårdsverket, 2017d
Del av skolgård Riktvärde Maxnivå
De delar av gården som är avsedda för lek, vila och pedagogisk verksamhet
50 dBA 70 dBA Övriga vistelseytor inom skolgården 55 dBA 70 dBA
När det gäller industribuller bör bostadsbebyggelse accepteras vid ljudnivåer som underskrider värdena i tabell 3. Det ska tilläggas att maximala ljudnivåer nattetid inte bör överskrida 55 dBA mer än ett fåtal gånger, vilket i första hand gäller bullerdämpad sida. I de fall då ljudet består av tydligt återkommande impulser eller tydligt hörbara tonkomponenter såsom vid nitningsarbete bör värdena i tabellen sänkas med 5 dBA (Boverket, 2015a). I de fall då ljudnivåerna är höga under en kort period kan den ekvivalenta ljudnivån bestämmas som medelvärdet över som lägst en tidsperiod på en timme. Dessa riktvärden för trafik- och industribuller sammanfattas i tabell 1 till 3. I tabell 4 presenteras exempel på några ljudnivåer för att få en förståelse kring ungefär vilka nivåer det handlar om. Observera att de sistnämnda ljudnivåerna inte är frekvensvägda.
Tabell 3: Boverkets riktvärden för bostäder med avseende på industribuller (ekviva- lenta ljudnivåer). Boverket, 2015a
Avsedd plats Riktvärde Riktvärde Riktvärde Maxnivå kl. 06-18 kl. 18-22, helg 06-18 kl. 22-06 kl. 22-06
Utomhus vid fasad 50 dBA 45 dBA 45 dBA 55 dBA
Utomhus vid fasad med ljuddämpad sida
60 dBA 55 dBA 50 dBA 55 dBA
Tabell 4: Exempel på ljudnivåer.
Ljudkälla Ljudnivå
Andetag 10 dB
Blåsande löv 20 dB
Viskning 40 dB
Normal konversation 60 dB
Vanlig gräsklippare 90 dB
Siren från utryckningsfordon (smärtgränsen) 120 dB
Pistolskott 160 dB
Denna rapport syftar till att undersöka dels behovet och dels möjligheterna till att även värdera ljudmiljön på vistelseytor som inte betraktas som bostad eller uteplats.
2.1.3 Ljudklasser
I byggprojekt för lokaler och bostäder används ljudklasser för att definiera vilka ljud- krav som ska uppnås för inomhusmiljön. De ljudklasser som används är:
• Ljudklass A: Högsta möjliga kvalitet på ljudmiljön som mycket få människor kan förväntas bli besvärade av.
• Ljudklass B: Högre krav ställs än för ljudklass C och är lämplig där god ljudmiljö eftersträvas.
• Ljudklass C: Avser ge ljudkvalitet som uppfyller minimikraven i Boverkets bygg- regler (BBR).
• Ljudklass D: Tillämpas endast då ljudklass C inte kan uppnås, exempelvis för vissa ombyggnadsfall.
Alla ljudklasser har olika krav på ljudnivå, efterklangstid och ljudisolering och dessa definieras i två svenska standarder, SS 25268 för lokaler och SS 25267 för bostäder (Gustafson, 2017). Dessa krav presenteras i tabell 5 men ljudisolering utesluts ef- tersom det inte ansågs vara relevant för denna studie. För beskrivning av stegljud, se avsnitt 3.4.10.
Tabell 5: Ljudkrav från Svensk standard för bostäder samt lokaler (SS 25267 och SS 25268) för ljudklass A-D. För Lokaler gäller olika ljudkrav för olika rumstyper och de som anges här avser de hårdaste kraven. (Sjödahl, 2011)
Ljudkrav avser A B C D
Stegljudsnivå Bostad 48 dB 52 dB 56 dB 60 dB
Stegljudsnivå Lokal 48 dB 56 dB 56 dB 64 dB
Installationsbuller Bostad, LA/LC 22/42 dB 26/46 dB 30/50 dB 30/- dB Installationsbuller Lokal, LA/LC 30/50 dB 30/50 dB 30/50 dB 35/55 dB Trafikbuller Bostad, LA/LC 22/37 dB 26/41 dB 30/45 dB 34/49 dB Trafikbuller Kontor, LA/LC 30/45 dB 30/45 dB 30/45 dB 35/55 dB
2.1.4 Samhällsakustiska beräkningar
Med samhällsakustiska beräkningar avses beräkningar av ljud i utomhusmiljöer. I dagsläget appliceras detta främst på fasader, skolgårdar och uteplatser, vilket grun- dar sig i de riktvärden som är framtagna, se avsnitt 2.1.2. Detta görs vanligen via modelleringsprogram likt Olive Tree Lab som används i denna studie. Underlag för miljökonsekvensbeskrivningen ges vanligtvis dels i form av bullernivåer vid berörda fasader, och dels som en ljudutbredningskarta med ljudnivåer en bit över marken över det berörda området. Som underlag till detta ligger byggnadernas och terrängens ut- formning, eventuella bullerplank eller liknande samt ljudkällornas typ och placering.
Med ljudkällans typ menas om det är en punkt- eller linjekälla samt även utsänd
ljudnivå vid olika frekvenser. Informationen kring denna process är framtagen genom en bred studie av bullerkartläggningar i miljökonsekvensbeskrivningar, bland annat de som presenteras i bilaga 8. Vid rumsakustiska beräkningar finns vanligtvis ett stör- re fokus på fler ljudparametrar såsom efterklangstid, frekvensområde och hur jämnt ljudet fördelas i rummet. Ibland utförs även så kallad okulärbesiktning, det vill säga att platsen besöks och undersöks. Detta beror dels på att området som analyseras är mindre, vilket underlättar för en högre detaljnivå men också att det ofta eftersträvas en större noggrannhet vid anläggning av exempelvis konsertsalar. En del av denna kunskap kring hur ljud kan mätas och värderas skulle kunna implementeras även i ut- omhusmiljöer där en god ljudkvalitet prioriteras. Dock kräver många rumsakustiska beräkningsprogram att det beräknade området kan betraktas som ett slutet rum med stängda ytor i tre dimensioner vilket gör modelleringar utomhus med dessa metoder svåra att utföra.
2.2 JURIDIK VID ANLÄGGNING
2.2.1 Detaljplan
En detaljplan är ett dokument som reglerar vilka byggåtgärder som aktörer får vidta, med syftet att mark- och vattenområden används till de ändamål området är mest lämpat för. Den består alltid av ett avgränsat område på en plankarta med en tillhö- rande beskrivning. I beskrivningen ingår syfte och mål med planen samt ibland även andra handlingar som en illustrationskarta eller en MKB. Det ska också framgå vilka tekniska, ekonomiska och fastighetsrättsliga åtgärder som behövs för att planen ska kunna genomföras på ett ändamålsenligt och samordnat sätt. När en detaljplan ska tas fram och vad som ska beskrivas i den bestäms av plan- och bygglagen (Boverket, 2014).
Bullerkartläggningar görs idag som en obligatorisk del i planbeskrivningen vid upp- rättande av en eller flera bostäder. Detta enligt Plan- och bygglagen (2010:900) 4 kap.
33a § som lyder (ibid.): Om en detaljplan avser en eller flera bostadsbyggnader ska planbeskrivningen, om det inte kan anses obehövligt med hänsyn till bullersituationen, innehålla en redovisning av beräknade värden för omgivningsbuller
1. vid bostadsbyggnadens fasad, och
2. vid en uteplats om en sådan ska anordnas i anslutning till byggnaden. Lag (2014:902).
2.2.2 Miljökonsekvensbeskrivning
Detaljplanen innehåller en så kallad miljökonsekvensbeskrivning (MKB) i de fall en specifik miljöbedömning krävs. En MKB är en del i det beslutsunderlaget för prövning av verksamheter och åtgärder. Den omfattar en sammanfattning av planens innehåll och syfte, en beskrivning av nuvarande miljö, en utvärdering av alternativ och dess
miljöpåverkan, beaktande av miljökvalitetsmål, eventuella åtgärder för att minska ne- gativ miljöpåverkan, sammanfattning samt åtgärder för uppföljning (Boverket, 2006).
Juridiskt specificeras omfattningen i 6 kap. 35-37 §§ miljöbalken samt i miljöbedöm- ningsförordningen (2017:966) 16-19 §§. En MKB ska upprättas om genomförande av planen kan leda till betydande miljöpåverkan och omfattningen anges av Naturvårds- verket (2017c). Det finns inga fasta bestämmelser kring hur omfattande varje punkt ska beaktas utan detta formuleras av Naturvårdsverket (2017c) som att MKB:en ska ha en omfattning som är rimlig med hänsyn till rådande kunskaper och bedömnings- metoder och som möjliggör en samlad bedömning av väsentliga miljöeffekter. Detta projekt ämnar att utifrån dessa formuleringar ställa högre krav på ljudanalyser i MKB:er.
I samtliga MKB:er som undersökts där buller har beaktats har endast ljudnivåer- na kopplats till de riktvärden som föreligger beaktats, se bilaga A för utdrag. Andra akustiska parametrar som ljudets karaktär och frekvensområde beaktas ej, även om vägningsmått A används som standard.
2.2.3 Kritik mot hälsans roll i MKB:er
I Kågströms rapport (2009) beskrivs en problematik kring hur hälsa ska beskrivas och tas hänsyn till i miljökonsekvensbeskrivningar. Hon nämner att flera forskare påtalar att synen på hälsa är för snäv, vilket innebär att endast ett fåtal faktorer styr bedöm- ningen. Andra problem som ofta betonas är att det saknas fokus på jämlik hälsa samt att bedömningarna oftast stannar vid hälsoutfall, till exempel att människor kommer störas, och inte tar upp hälsoeffekter. Anledningar till detta anses vara otydliga lag- krav och bristfälliga metoder för att bedöma hälsa som är ett komplext begrepp. Ofta läggs liten vikt på sociala effekter och istället fokuseras det på miljömässiga besvär, vilket av flera forskare anses vara bristfälligt. Rikt- och gränsvärden är inte alltid ba- serade på hälsa utan är ofta ett resultat av kompromisser mellan myndigheter, vilket innebär att de inte garanterar en god hälsa (Kågström, 2009).
2.3 LJUDKVALITET
Med god ljudkvalitet (eller god akustisk kvalitet) menas att byggnaden, stadsrummet eller omgivningen är konstruerad så att ljudmiljön blir gynnsam för det ändamål som området avser. Exempelvis ska en kontorsmiljö skapa en helt annan ljudbild än en konserthall där det ofta är önskvärt med längre efterklangstid. Sammanfattningsvis kan det beskrivas som att önskvärda ljud överväger icke önskvärda. (Kropp, 2013e).
Det går alltså inte alltid att eftersträva samma typ av karaktäristik utan en unik analys behöver göras i varje enskilt fall. Denna analys kan vara svår att utföra och vilka aspekter som ska tas i beaktning samt vilka ljud som anses vara önskvärda varierar beroende på vem som tillfrågas. På grund av detta syftar denna rapport till att ta fram en objektiv beskrivningsmall för att värdera ljudmiljön.
2.3.1 Åtgärdsprogram för omgivningsbuller
Enligt förordning (2004:675) om omgivningsbuller är Trafikverket och samtliga kom- muner med mer än 100 000 invånare skyldiga att var femte år genomföra bullerkart- läggningar och att ta fram åtgärdsprogram. Syftet med detta är att samordna och ta fram de mest kostnadseffektiva och de i övrigt mest lämpade åtgärderna så att miljökvalitetsnormer följs. Dessa kartläggningar och åtgärdsprogram ska i dagsläget innefatta buller från vägar, järnvägar och flygplatser i hela landet samt även större hamnar och vissa industrigrenar i de större kommunerna (Naturvårdsverket, 2017e).
I förordningen om omgivningsbuller samt 5 kap. miljöbalken beskrivs vilka uppgifter som ska ingå i åtgärdsprogrammet varav följande är några exempel på de som är relevanta för denna studie (ibid.):
• beskrivning av vilka bullerkällor som myndigheten eller kommunen ska kartlägga
• sammanfattning av bullerkartläggningen, som ska innefatta en uppskattning av det antal personer som beräknas vara utsatta för buller
• beskrivning av situationer som behöver förbättras samt problem som bedöms vara prioriterade och kriterierna för hur dessa valts ut
• beskrivning av åtgärder för att skydda områden där ljudnivån ansetts utgöra en särskild kvalitet såsom parker, rekreationsområden, friluftsområden och andra natur- och kulturmiljöer
• en långsiktig strategi för hantering av buller och effekten av buller, vid behov även minskning av buller
• eventuell miljöbedömning enl. 6 kap. miljöbalken 2.3.2 Åtgärdsmetoder
Den här studien fokuserar på att utveckla analysen i planeringsfasen av ett projekt vilket leder till en bättre utvärdering av om åtgärdsmetoder är nödvändiga och i så fall vilka som bör användas. Att göra en grundlig analys i ett tidigt skede i ett projekt är oftast det mest kostnadseffektiva sättet att uppnå en god ljudmiljö, vilket illustreras i figur 1. Detta delavsnitt presenterar kort några av de vanligaste åtgärdsmetoderna.
Figur 1: Relationen mellan kostnad och ljudkvalitet i olika faser av ett anläggnings- projekt. Koncept från Kihlman, Kropp och K. Larsson, 2013.
Det finns ett antal åtgärdsmetoder för att uppnå en god ljudmiljö bortsett från att minska eller avlägsna själva ljudkällan. En av de vanligaste är dämpning. Detta ut- förs främst genom användning av absorbenter i inomhusmiljöer, se avsnitt 3.4.3 för exempel. En annan typ av åtgärd som också är vanlig, framförallt i mer storskaliga projekt, är bullerskydd i form av bullerskärmar eller bullervallar. Syftet med dessa är helt enkelt att skärma av och därmed reflektera ljudvågor.
2.3.3 Maskering
Ytterligare en åtgärdsmetod är maskering, vilket är den som är starkast samman- kopplad med akustisk design, se avsnitt 2.3.4. Det går ut på att addera positiva ljud som maskerar andra ljud inom samma frekvensområde som upplevs som mer nega- tiva. Effekten blir särskilt påtaglig då det maskerande ljudet har en lägre frekvens än det maskerade. Ljud med låga frekvenser har också en större tendens att bilda stående vågor och resonanser i rum vilket gör att dessa ljud hänger kvar längre i tid (Akustikmiljö, 2013), se avsnitt 3.4.9 för mer om resonans. Gelfand (2010) utförde ett test i en studie där han jämförde vid vilken ljudnivå ett visst ljud kunde detekteras i en helt tyst miljö respektive en miljö där ljudet maskerades av en dammsugare.
Resultatet visade att det krävdes en höjning av ljudstyrkan med 16 dB för att lju- det skulle kunna uppfattas i den maskerade miljön, vilket illustreras i figur 2. Denna skillnad varierar dock beroende på vem det är som lyssnar samt ljudnivån och utsänt frekvensområde hos källan och det maskerade ljudet (Gelfand, 2010).
Vilka ljud som maskerar vilka kan estimeras genom att analysera de kritiska ban- den. De kritiska banden kan grovt sett beskrivas som de frekvensområden där en ton påverkar en annan ton (framförallt av högre frekvens) genom maskering. I figur 3 illustreras hur den totala upplevda ljudnivån av befintligt ljud på 50 dB med olika bandbredd påverkas av att ett ljud på 50 dB vid 2kHz adderas. En adderad upplevd ljudstyrka erhålls först då det befintliga ljudet har en bandbredd som är större än den kritiska bandbredden för den adderade ljudet. Detta illustrerar hur höga frekvenser maskerar ljudet sämre än låga. I figur 4 illustreras den kritiska bandbreddens beroen- de av frekvensen hos det befintliga ljudet. Ett ljud med en hög frekvens har en större kritisk bandbredd vilket gör det lättare att maskera (Fridrich, 1990). Ett exempel på när maskering visade sig vara en fungerande metod är i en studie av Garca m.fl.
(2016) som utfördes i Monterrey, Mexiko. I studien upprättades ett antal fontäner längs en strandpromenad som är utsatt för mycket trafikljud. Resultatet visade att fontänerna minskade den hörbara andelen av oönskat ljud samt att det rent estetiska tillägget minskade uppfattningen om att området var ljudförorenat. Författarna un- derstryker dock att hänsyn behöver tas till den nya upprättade ljudmiljön i form av placering och utformning av de befintliga och nya ljudkällorna (Garca m. fl., 2016).
En studie av Al-Musawi (2012) visade dock att vattnet i en fontän snarare tenderar att maskeras av trafikljud än tvärt om. Effekten kan dock förbättras om flödet på vattnet höjs eftersom bandbredden då minskar (Al-Musawi, 2012). Begränsningarna med maskering är att det måste vara arkitektoniskt fördelaktigt samt att den nya ljudbilden inte får upplevas som kaotisk.
Figur 2: Ljudnivå för vilket ett specifikt ljud är hörbart i en tyst respektive maskerad miljö. Koncept från Gelfand, 2010.
Figur 3: Den upplevda ljudnivån (y-axeln) från ett ljud på 50 dB med olika bandbredd med inverkan på ett ljud på 50 dB på 2 kHz, observera den ickelinjära x-axeln. Koncept från Fridrich, 1990.
Figur 4: Den kritiska bandbredden för ljud vid olika frekvenser, observera de ickelinjära skalorna. Koncept från Fridrich, 1990.
2.3.4 Akustisk design
Akustisk design används för att maskera/reducera negativa ljud och förstärka posi- tiva ljud för att på så sätt förbättra ljudmiljön. Ett exempel på detta är som nämnt ovan då en porlande fontän maskerar trafikljud utan att det upplevs som störande.
Andra exempel är då vegetation kan öka förekomsten av fåglar eller att spelande av musik i butiker eller på torg förändrar ljudmiljön. Detta medför dock inte att kraven för bullernivåer uppnås utan akustisk design kan i fall med för höga ljudnivåer utföras som komplement till ljudreducerande åtgärder (Göteborgs Stad, 2014).
Vad som uppfattas som positiva och negativa ljud är ibland svårt att bedöma då det har att att göra med psykologiska aspekter som kan variera från individ till individ.
I ett forskningsprojekt av Göteborgs Stad (2014) delas ljud in i tre huvudkategorier;
naturljud, ljud från människor och teknologiska ljud. Dessa i sin tur placeras in i ett antal upplevelsedimensioner, se figur 5. Mänskliga ljud hamnade främst i den första kvadranten, alltså behagligt och händelserikt (spännande) men hamnade även delvis i den andra kvadranten (kaotiskt). Naturljud hamnade främst i den fjärde kvadranten och ansågs mest vara stilla ljud. Den ljudformen som upplevdes mest störande och därmed gav det högsta stresspåslaget var teknologiska ljud som främst hamnade i den andra eller tredje kvadranten och klassades alltså som kaotiskt eller enformigt (Göteborgs Stad, 2014). En tredje dimension till denna modell i form av lämpligheten av ljudmiljön för platsens syfte och utformning föreslås av Axelsson, Kang och Alet- ta (2016). Detta skulle bidra med mer information än den som kan upplevas direkt.
För att föra metodiken kring ljudanalyser mot detta krävs att det internationella ljudlandskapssamfundet kommer överens om standardiserade numeriska skalor och bedömningsmetoder (Axelsson, Kang och Aletta, 2016).
Figur 5: Övergripande upplevelsedimensioner för olika ljudlandskap. Koncept från Gö- teborgs Stad, 2014.
3 LJUDETS EGENSKAPER
Den teori som beskrivs i detta avsnitt ligger till grund för de antaganden och de beräkningar som utförs genom hela studien och utgör en bas för att den grundläggande förståelsen kring ljud. Avsnittet ger också en introduktion till några av de fenomen som påverkar ljud och bidrar därmed till en förståelse kring komplexiteten i att utföra noggranna ljudanalyser. Införda storheter förklaras i tabell 6.
Tabell 6: Förklaring av införda storheter
Storhet Förklaring Enhet
c Ljudets hastighet [m/s]
f Frekvens [Hz](= [1/s])
λ Våglängd [m]
κ Konstant (CP/CV) -
P Tryck [P a]
ρ Densitet [kg/m3]
Lvagning Ljudtrycksnivå (olika viktat) [dB](teoretisk)
T Temperatur [◦C]
t Tid [s]
r Avstånd [m]
V Volym [m3]
m Massa [kg]
A Amplitud [m]
φ Fasvinkel [rad]
ω Vinkelhastighet [rad/s]
q Specifik fuktighet [kg/kg]
Z (Akustisk) Impedans [kg/m2s]
u Partikelhastighet [m/s]
v Vindhastighet [m/s]
Aabs Absorption [m2· Sabine]
p Ljudeffekt [W ]
Ljud är en longitudinell eller transversell vågrörelse hos det medium genom vilket ljudet fortplantas. Dessa ljudvågor är mekaniska och elastiska och består av olika snabba expansioner och kompressioner av mediet. Dessa expansioner och kompres- sioner kan också beskrivas som tryckförändringar som skapas av mekaniska processer som vibrerande ytor, accelererande partiklar eller värmetransport. Villkoret för att dessa ska kunna uppstå är att mediet har en massa och en elasticitet och kan därför inte uppstå i vakuum (C. Larsson, u.å.). Det finns ett antal parametrar som idag används för att beskriva ljudmiljöer. Exempel på dessa är den A-vägda maximala ljudnivån, de ekvivalenta A-vägda ljudnivåerna över en viss tid och det frekvensområ- de som ljudet befinner sig inom (Kropp, 2013e). Alla dessa parametrar beskrivs mer ingående i detta avsnitt.
3.1 LJUDETS HASTIGHET
Ljudet rör sig med olika hastighet i olika medium. Detta beror på att det ursprungliga trycket och den ursprungliga densiteten varierar mellan olika medium vilket påverkar hastigheten på kompressionerna och expansionerna som uppkommer i det. Relationen mellan ljudets hastighet och mediets fysikaliska egenskaper beskrivs av ekvation (1).
Det ska tilläggas att detta förutsätter att mediet är en ideal gas, det vill säga att ingen intermolekylär påverkan sker (C. Larsson, u.å.).
c0 =
sκp0
ρ0 (1)
Där κ = ccp
v = 1.4 och p0 och ρ0 är det ursprungliga trycket respektive den ursprung- liga densiteten hos mediet. Ljudets hastighet beror inte bara på mediets fysikaliska egenskaper utan också på yttre parametrar som andra rörelser i mediet såsom vind i luft, inblandning av andra ämnen samt temperaturen. Ju tätare medium och ju högre temperatur desto snabbare fortplantar sig ljudet. Exempelvis beror ljudets hastighet i luft på fuktigheten och temperaturen enligt ekvation (2) (Sengpielaudio, u.å.). Denna relation illustreras i figur 6 och det är kan utläsas att temperaturen har en större påverkan på ljudets hastighet än fuktigheten.
c0 = 20.05q(1 + 0.61q)T , (2)
där den specifika fuktigheten, q, definieras som kvoten massan vattenånga och massan våt luft.
Figur 6: Ljudhastighetens beroende av temperaturen och fuktigheten. Maximalt fuktig luft=mättad luft.
3.2 LJUDTRYCKSNIVÅ
Ljudtrycksnivån eller ljudstyrkan är ett mått på hur stora tryckförändringarna som uppstår vid ljudvågens utbredning är och det är också den parametern som används mest vid beskrivning av ljud. Atmosfärstrycket på jorden är under vanliga förhållan- den 1 · 105 Pa och på detta adderas ljudtrycket. De lägsta ljuden som det mänskliga örat kan uppfatta har en ljudstyrka omkring 2 · 10−5 Pa vilket också används som referenstrycket Pref vid beräkningar. Referensvärdet kan dock variera beroende på användningsområdet, exempelvis kan ljudtryck beskrivas i form av volt i ett mätin- strument genom en omvandlingsfaktor. Det totala hörbara ljudtrycksområdet ligger mellan 2 · 10−5 och 60 Pa. På grund av det stora spannet och att våra öron inte uppfattar ljudtrycket linjärt så beskrivs ljudstyrkan logaritmiskt enligt ekvation (3) där det också går att utläsa att den är enhetslös (Kropp, 2013d). På grund av denna definition av ljudstyrka följer att addition av flera ljudkällor sker enligt ekvation (4).
En dubblering av ljudstyrkan, det vill säga då LP 1 = LP 2 ger således en ökning på 3 dB (D. Davis och C. Davis, 1987).
LP = 10log P2
Pref2 = 20log P
Pref = 20logP − 20logPref (3) LP 1+ LP 2 = 10log(10LP 1/10+ 10LP 2/10) (4)
3.2.1 Olika beskrivningar av ljudtryck
Den momentana ljudnivån är ofta inte tillräcklig för att beskriva fluktuerande ljud- nivåer. I flera fall är det intressant att undersöka ljudnivåer som överskrids en viss del av tiden. Detta kan göras genom att koppla en ljudnivåmätare till en statistisk fördelningsanalysator och på så sätt se hur ljudet varierar med tiden. Vanliga mäte- tal som används är L10,L50 och L90 som anger den ljudnivå som överskridits 10, 50 respektive 90 procent av tiden (C. Larsson, u.å.). Ofta eftersträvas ett medelvärde av ljudnivån över en viss tid för att exempelvis kunna jämföras med riktvärden och detta benämns som den effektiva ljudnivån, Pef f eller rms-värde (root mean square-värde) och beräknas genom ekvation (5). För att karakterisera ljudnivån över en viss mät- serie används den ekvivalenta ljudnivån, Leq. Den beräknas vanligtvis över 12 eller 24 timmar beroende på syftet och svarar mot den mot den konstanta ljudnivå som under denna tid har samma energi som det mätta bullret. Denna beräknas genom ek- vation (6). Det finns standarder för vad integrationstiden ska vara och de vanligaste är F(Fast, 0,125s) som används vid impulsljud och S(Slow, 1s) som används vid mer jämnt fördelat ljud. Det finns också olika sätt att värdera ljudnivåer under olika delar av dygnet varav LDEN (Level Day-Evening-Night) är ett av de vanligare. Det måttet adderar 5 dB under kvällen mellan kl. 18 och 22 och 10 dB under natten mellan 22 och 06 och beskrivs genom ekvation (7) (World Health Organisation, 2009).
Pef f =
s1 t
Z T 0
P2(t)dt (5)
Leq = 10log( 1
t1+ t2+ ... + tn(t1100.1LP 1+ t2100.1LP 2+ ... + tn100.1LP n)) (6) LDEN = 10log( 1
24(tD10LP D/10+ tE10(LP E/10)+5+ tN10(LP N/10)+10)) (7)
3.3 LJUDFREKVENS OCH TONALITET
Det finns ett samband mellan ljudets utbredningshastighet, ljudets våglängd och lju- dets frekvens. Detta samband beskrivs med ekvation (8). Ljudet har en konstant hastighet utifrån yttre fysikaliska förutsättningar. De inneboende parametrar som varierar är frekvensen och våglängden vilka har en stor påverkan på hur ljudet sprids och upplevs.
c = f λ (8)
3.3.1 Det mänskliga örat
Människans öra kan uppfatta frekvenser omkring 20–20 000 Hz (Kropp, 2013e). Be- roende på vilken frekvens ljudet har upplevs det olika starkt trots att ljudtrycksnivån är densamma (Karlsson, 2000). En upplevd fördubbling av ljudstyrkan sker generellt
